棗雜交后代果實(shí)性狀遺傳分析

謝 歡，王中堂，李明玥，李新崗

（1. 西北農(nóng)林科技大學(xué) a. 林學(xué)院；b. 陜西省林業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)室，陜西 咸陽 712100；2. 山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

棗Ziziphus jujuba是我國傳統(tǒng)特色經(jīng)濟(jì)林木，栽培歷史悠久，果實(shí)營養(yǎng)豐富，有制干、鮮食等品種類別[1]。我國棗品種選育歷史悠久，但雜交育種發(fā)展緩慢，要提高定向培育新品種的進(jìn)程，就應(yīng)加快雜交遺傳研究和育種技術(shù)創(chuàng)新[2-3]。

目前，有關(guān)其他果樹雜交后代果實(shí)性狀的遺傳變異規(guī)律已有較多研究報(bào)道，如桃[4]、梨[5-6]、杏[7]、葡萄[8]、龍眼[9]等，有關(guān)棗雜交后代葉片[10-11]、針刺[12-13]、果實(shí)大小[14]等性狀遺傳的研究也有諸多報(bào)道。提高棗果實(shí)品質(zhì)一直是品種選育的重要目標(biāo)，但關(guān)于棗雜交后代果核、可食率、含仁率、營養(yǎng)成分等性狀遺傳的研究報(bào)道較少。

‘冬棗’是我國栽培面積最大、品質(zhì)最好的鮮食棗品種，有雄性不育和自交不親和的特性，坐果難，果實(shí)中等大小、近圓形[15]?！鸾z4 號’是優(yōu)質(zhì)的干鮮兼用品種，豐產(chǎn)性好，抗裂果、抗病性強(qiáng)，果實(shí)品質(zhì)優(yōu)、近長柱形[16-17]。利用‘冬棗’自交不親和與雄性不育特征，及與‘金絲4 號’親緣關(guān)系相對較遠(yuǎn)的特點(diǎn)[18]，配置‘冬棗’ב金絲4 號’雜交組合，建立雜交后代群體，目的是獲得品質(zhì)優(yōu)、抗性強(qiáng)、豐產(chǎn)性好的新種質(zhì)。本研究中以‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代103 個(gè)株系為研究對象，針對單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果形指數(shù)、單核質(zhì)量、果核縱徑、果核橫徑、核形指數(shù)、可食率、含仁率、可溶性糖含量、有機(jī)酸含量、維生素C 含量、總黃酮含量等14 個(gè)性狀，分析雜交后代果實(shí)性狀的遺傳特性，通過綜合比較和評價(jià)，篩選優(yōu)良單株，旨在為棗優(yōu)良品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試 材

2015 年，在山東省果樹研究所泰東干果試驗(yàn)基地建立‘冬棗’ב金絲4 號’的F1雜交群體，基于SSR 多態(tài)性標(biāo)記鑒定出103 株雜交后代[2]，株行距1.0 m×4.0 m。2016 年雜交后代開始結(jié)果，2019 年普遍結(jié)果。

2019—2020 年連續(xù)2 年的8—10 月，對親本及F1雜交群體中結(jié)果單株進(jìn)行果實(shí)采樣。在樹冠外圍中上部不同方位選擇發(fā)育良好、無病蟲害、初紅期（果面近1/3 著色）一致的果實(shí)，單株采集果實(shí)數(shù)量不少于30。15 個(gè)以上果實(shí)用于表型性狀調(diào)查，采集后將果實(shí)置于冰盒中存放，帶回實(shí)驗(yàn)室低溫（-4 ℃）保存，在72 h 內(nèi)完成表型指標(biāo)測定。另外10 ～15 個(gè)果實(shí)用于營養(yǎng)成分指標(biāo)測定，采樣當(dāng)天在果實(shí)著色、未著色2 個(gè)區(qū)域，縱向切取果實(shí)的1/4 月牙形果肉至貼近果核處，完整取下并裝入離心管后在液氮中凍存，帶回實(shí)驗(yàn)室放入-80 ℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 果實(shí)性狀指標(biāo)測定

使用電子天平測定果實(shí)質(zhì)量、果核質(zhì)量；使用游標(biāo)卡尺測量果實(shí)縱橫徑、果核縱橫徑，果實(shí)縱徑比橫徑即果形指數(shù)，果核縱徑比橫徑即核形指數(shù)[15]；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[19]；采用酸堿滴定法測定可滴定酸含量后，計(jì)算有機(jī)酸含量[20]；采用高效液相色譜法（HPLC）測定維生素C 含量[21]；采用氯化鋁比色法測定總黃酮含量[22]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理

使用Excel 2016 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，計(jì)算各性狀的遺傳規(guī)律；使用IBM SPSS Statistics 22.0 軟件進(jìn)行正態(tài)檢驗(yàn)，繪制頻次分布直方圖，進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析[6-8]。

式中：RE為可食率；m果為單果質(zhì)量；m核為單核質(zhì)量。

式中：RK為含仁率；n仁為含種仁數(shù)量；n果為果實(shí)總數(shù)量。

式中：PM為親中值；P1、P2為雙親值。

式中：CV為變異系數(shù)；σ為標(biāo)準(zhǔn)差；F為雜交后代的平均值。

式中：Ta為遺傳傳遞力；Ha為優(yōu)勢率。

式中：RH為超高親比例；RL為低低親比例；NH為高于高親表型值的單株數(shù)量；NL為低于低親表型值的單株數(shù)量；N總為雜交后代植株總數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交后代果實(shí)性狀遺傳分析

2.1.1 果實(shí)表型性狀

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果實(shí)表型性狀遺傳分析結(jié)果見表1。由表1 可知，雜交后代單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果形指數(shù)的平均值均小于親中值，變異系數(shù)為9.65%～34.26%，其中單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑均呈現(xiàn)趨低親遺傳，低低親比例分別為63.08%、81.54%和36.92%。果形指數(shù)的平均值（1.09）與親中值（1.13）接近，超高親比例和低低親比例分別為4.62%和9.23%。母本‘冬棗’果形指數(shù)為0.97，呈圓形；父本‘金絲4 號’果形指數(shù)為1.30，呈長柱形；后代果形指數(shù)多數(shù)介于親本之間，說明果實(shí)形狀呈現(xiàn)趨中親變異。單果質(zhì)量、果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、果形指數(shù)的遺傳傳遞力分別為81.67%、87.75%、91.49%和96.45%，優(yōu)勢率均為負(fù)值，后代雜種優(yōu)勢不明顯。

表1‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實(shí)表型性狀遺傳分析結(jié)果Table 1 Genetic analysis of fruit phenotypic traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

雜交F1代果實(shí)表型性狀遺傳趨勢如圖1 所示。由圖1 可知，果實(shí)表型性狀均呈現(xiàn)連續(xù)變異，其中果實(shí)縱徑、橫徑服從正態(tài)分布，均屬數(shù)量性狀遺傳。

2.1.2 果核表型性狀

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果核表型性狀遺傳分析結(jié)果見表2。由表2 可知，雜交后代果核性狀的變異系數(shù)為12.53%～23.63%，果核縱徑、果核橫徑、核形指數(shù)的平均值小于親中值，單核質(zhì)量平均值（0.412）與親中值（0.409）接近，其中果核縱徑、核形指數(shù)呈現(xiàn)趨低親遺傳，低低親比例分別為81.54%和35.38%，單核質(zhì)量、果核橫徑呈現(xiàn)趨中遺傳。單核質(zhì)量、果核縱徑、果核橫徑、核形指數(shù)的遺傳傳遞力分別為100.74%、87.70%、97.77%和88.53%，優(yōu)勢率均較小，后代優(yōu)勢不明顯。

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代果核表型性狀遺傳趨勢如圖2 所示。由圖2 可知，果核表型性狀也呈現(xiàn)連續(xù)變異的特點(diǎn)，其中單核質(zhì)量服從正態(tài)分布。

2.1.3 果實(shí)可食率和含仁率性狀

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果實(shí)可食率和含仁率性狀遺傳分析結(jié)果見表3。由表3 可知，可食率為91.36%～97.81%，平均值為96.63%，與親中值以及親本的可食率均接近。雜交親本‘冬棗’和‘金絲4 號’的含仁率分別為108.33%和110.34%，親中值為109.34%，與后代含仁率平均值（106.70%）接近，變異范圍0 ～150.00%，變異系數(shù)為24.70%。

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代可食率和含仁率性狀遺傳趨勢如圖3 所示。由圖3 可知：F1代可食率多集中在94.5%～97.5%，符合正態(tài)分布，且后代可食率變異系數(shù)最小，性狀比較穩(wěn)定；雜交后代含仁率多集中在100%～140%。

2.1.4 果實(shí)營養(yǎng)成分性狀

棗果實(shí)富含糖、有機(jī)酸、維生素、多酚類等營養(yǎng)物質(zhì)。‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果實(shí)營養(yǎng)成分性狀遺傳分析結(jié)果見表4。由表4可知，后代棗果實(shí)營養(yǎng)成分性狀的變異系數(shù)為18.33%～37.94%，可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值小于親中值，有機(jī)酸、維生素C、總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值大于親中值。其中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)趨低親遺傳變異，低低親比例為36.51%，有機(jī)酸、維生素C、總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)趨高親遺傳變異，超高親比例分別為93.65%、76.19%和47.62%?？扇苄蕴?、有機(jī)酸、維生素C、總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遺傳傳遞力分別為88.71%、138.19%、234.92%和124.05%，維生素C、有機(jī)酸、總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)勢率均較大，分別為134.92%、38.19%和24.05%，后代優(yōu)勢明顯。

表2‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果核表型性狀遺傳分析結(jié)果Table 2 Genetic analysis of the phenotypic traits of the fruit kernel in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代果實(shí)營養(yǎng)成分性狀遺傳趨勢如圖4 所示。由圖4 可見，果實(shí)各營養(yǎng)品質(zhì)性狀均呈現(xiàn)連續(xù)變異，屬于數(shù)量性狀遺傳，其中可溶性糖、有機(jī)酸、總黃酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)服從正態(tài)分布。

2.2 雜交后代果實(shí)性狀間相關(guān)性分析

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代各果實(shí)性狀指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)見表5。由表5 可知：F1代群體果實(shí)的單果質(zhì)量與果實(shí)縱橫徑、果形指數(shù)、單核質(zhì)量、果核縱徑、可食率極顯著正相關(guān)，與果核橫徑顯著正相關(guān)；果實(shí)縱徑與果實(shí)橫徑、果形指數(shù)、單核質(zhì)量、果核縱橫徑、核形指數(shù)、可食率極顯著正相關(guān)，與有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著負(fù)相關(guān)，與總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)；果實(shí)橫徑與單核質(zhì)量、果核縱橫徑、可食率極顯著正相關(guān)，與含仁率顯著正相關(guān)；果形指數(shù)與果核縱徑、核形指數(shù)極顯著正相關(guān)，與有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著負(fù)相關(guān)；單核質(zhì)量與果核縱橫徑、含仁率極顯著正相關(guān)，與核形指數(shù)、可食率極顯著負(fù)相關(guān)；果核縱徑與果核橫徑、核形指數(shù)極顯著正相關(guān)，與總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)；果核橫徑與核形指數(shù)、可食率極顯著負(fù)相關(guān)，與含仁率極顯著正相關(guān)。值得關(guān)注的是：雜交后代群體的核形指數(shù)與可食率極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.411，與含仁率極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.370，與總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)；可食率與含仁率極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.350；維生素C 質(zhì)量分?jǐn)?shù)與總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著正相關(guān)。

圖2‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果核表型性狀遺傳趨勢Fig. 2 The genetic trend of fruit core phenotypic traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表3‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實(shí)可食率和含仁率性狀遺傳分析結(jié)果Table 3 Genetic analysis of edible rate and kernel rate in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ %

圖3‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代可食率和含仁率性狀遺傳趨勢Fig. 3 Genetic trend of edible rate and kernel rate in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表4‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實(shí)營養(yǎng)成分性狀遺傳分析結(jié)果Table 4 Genetic analysis of fruit nutrient composition traits of F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

2.3 雜交后代果實(shí)性狀綜合評價(jià)

對‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代的14 個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行主成分分析，根據(jù)方差累計(jì)貢獻(xiàn)率不小于85%的標(biāo)準(zhǔn)選取主成分，有6個(gè)主成分入選，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.36%，結(jié)果見表6。由表6 可知：第1 主成分的貢獻(xiàn)率為31.45%，其中果實(shí)大小（果實(shí)縱徑、單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑）有較大的正系數(shù)，分別為0.938、0.831 和0.799，說明棗果的基本表型性狀是果實(shí)品質(zhì)評價(jià)的第一要素；第2 主成分的貢獻(xiàn)率為20.08%，其中核形指數(shù)、可食率的系數(shù)較大，分別為0.867 和0.686；第3 主成分的貢獻(xiàn)率為10.89%，其中維生素C 質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較大的正系數(shù)，為0.739；第4 主成分的貢獻(xiàn)率為9.18%，其中有機(jī)酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的系數(shù)較大，為0.561；第5主成分的貢獻(xiàn)率為8.67%，其中可溶性糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較大的正系數(shù)，為0.739；第6 主成分的貢獻(xiàn)率為6.09%，其中總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)有較大的正系數(shù)，為0.548。

因此，可將6 個(gè)主成分歸納為4 個(gè)綜合性狀，即果實(shí)大小、核形指數(shù)、可食率、果實(shí)營養(yǎng)成分，這4 個(gè)綜合性狀是雜交后代果實(shí)品質(zhì)的主要性狀，可作為雜交后代棗果實(shí)品質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)。

根據(jù)各主成分的貢獻(xiàn)率，按照主成分綜合得分公式分別計(jì)算6 個(gè)主成分的貢獻(xiàn)得分（Pi），然后計(jì)算綜合得分，優(yōu)選得分較高的單株。各主成分得分是相應(yīng)的因子得分乘以相應(yīng)的特征值算術(shù)平方根，主成分綜合得分（P）是以各主成分的貢獻(xiàn)率對各主成分得分進(jìn)行加權(quán)平均，即

式中：R為方差貢獻(xiàn)率，RC為累計(jì)方差貢獻(xiàn)率。

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)1群體單株的綜合得分排名前5 位的單株編號分別為J-48、J-26、J-23、J-47、J-2，綜合得分分別為2.52、1.95、1.83、1.75、1.56，均在1.5 以上?！瑮棥痢鸾z4 號’雜交F1代優(yōu)株及親本的果實(shí)性狀指標(biāo)見表7。由表7 可知，選定的5 個(gè)株系在果實(shí)大小、可食率、核形指數(shù)、營養(yǎng)成分含量方面均相對優(yōu)于親本?！瑮棥痢鸾z4 號’雜交F1代優(yōu)株和親本的果實(shí)外觀如圖5所示。

圖4‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實(shí)營養(yǎng)成分性狀遺傳趨勢Fig. 4 Genetic trend of fruits nutrient composition traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表5‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代各果實(shí)性狀指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)?Table 5 Correlation analysis of fruit traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表6‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實(shí)性狀主成分分析結(jié)果Table 6 Eigenvectors and contribution rate of principal components of traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表7‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代優(yōu)株及親本的果實(shí)性狀指標(biāo)Table 7 Traits of outstanding sexual progenies in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ and parents

圖5‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代優(yōu)株和親本的果實(shí)外觀Fig. 5 Fruits of some excellent plants in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ and parent fruits

3 結(jié)論與討論

雜交育種是聚合優(yōu)良性狀的重要途徑[15]，雜交后代會出現(xiàn)由雙親控制目標(biāo)性狀的優(yōu)良基因結(jié)合的單株，但易受雙親基因加性效應(yīng)和雜交過程非加性效應(yīng)解體的影響，大部分后代的性狀會出現(xiàn)廣泛分離且趨于負(fù)向變異[23]。本研究中調(diào)查了‘冬棗’ב金絲4 號’F1群體的103 個(gè)后代，果實(shí)大小、果核大小等表現(xiàn)出衰退現(xiàn)象，是由于雜交后代存在非加性效應(yīng)解體現(xiàn)象，其中果實(shí)縱橫徑、單果質(zhì)量、果核縱徑、可食率趨低親遺傳，但子代產(chǎn)生新的累加效應(yīng)組合，使得仍有部分超親后代出現(xiàn)。梨[5-6]、杏[7]、葡萄[8]、歐李[24]等果樹的雜交后代的經(jīng)濟(jì)性狀也表現(xiàn)出退化和趨低親遺傳變異現(xiàn)象。種仁被認(rèn)為是棗樹有性雜交育種的基礎(chǔ)，本研究中雜交后代的含仁率性狀比較穩(wěn)定，超親比例和低親比例相近，無明顯的趨向雙親變異現(xiàn)象。劉政海等[8]在對釀酒葡萄雜交組合后代的糖酸分析中發(fā)現(xiàn)，后代果實(shí)可溶性固形物和可滴定酸含量呈現(xiàn)較廣泛的分離，表現(xiàn)為連續(xù)分布，且出現(xiàn)趨向于高酸和低糖的遺傳變異，這與本研究中F1代果實(shí)可溶性糖和有機(jī)酸含量的變異結(jié)果一致。維生素C 和總黃酮含量表現(xiàn)出超高親遺傳，說明性狀遺傳以加性效應(yīng)為主，并且存在正向的非加性效應(yīng)[6]。另外，酸棗中維生素C含量較高，這也可能與雜交后代大部分趨于其野生類型酸棗性狀相關(guān)[25]。

本研究結(jié)果表明，‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代的果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑、單核質(zhì)量、可溶性糖含量、有機(jī)酸含量、總黃酮含量均符合正態(tài)分布，說明這些性狀均屬多基因控制的數(shù)量性狀[26]，單果質(zhì)量、果形指數(shù)、果核縱橫徑、核形指數(shù)、可食率、含仁率、維生素C 含量均呈現(xiàn)出不同程度的偏正態(tài)分布，可能是在雜交和栽培過程中受到不同的選擇壓力[27]，出現(xiàn)極端樣本數(shù)據(jù)，而雜交后代群體中性狀的集散性可以為選擇確定適宜的淘汰比例提供依據(jù)[25]。

果實(shí)品質(zhì)是多基因控制的數(shù)量性狀和多種因素相互作用的結(jié)果，因此果實(shí)品質(zhì)性狀間存在相關(guān)性。本研究結(jié)果表明，果實(shí)大小與果核大小間的相關(guān)性較強(qiáng)，果形較大的情況下果核也相對較大。并且，核形指數(shù)、可食率與含仁率極顯著負(fù)相關(guān)，說明果核大小與含仁率有一定的關(guān)系，這與對棗實(shí)生群體的調(diào)查結(jié)果一致[28]。

利用獲得的性狀指標(biāo)對雜交子代果實(shí)品質(zhì)性狀進(jìn)行評價(jià)，不能反映果實(shí)的整體品質(zhì)，評價(jià)結(jié)果會因信息重疊而出現(xiàn)偏差。采用主成分分析法可以將多個(gè)性狀指標(biāo)經(jīng)正交變換轉(zhuǎn)化為較少的綜合指標(biāo)，這些綜合指標(biāo)既互不相關(guān)，又能綜合反映原來多個(gè)性狀指標(biāo)的主要信息，并且所提取的幾個(gè)主成分能體現(xiàn)原來變量絕大部分的變異[7]。本研究中對雜交后代群體的14 個(gè)果實(shí)性狀進(jìn)行了主成分分析，提取出6 個(gè)主成分，并歸為4 個(gè)綜合成分，即果實(shí)大小、核形指數(shù)、可食率、果實(shí)營養(yǎng)成分，保留了原始成分86.36%的貢獻(xiàn)率，可較為客觀地反映各性狀之間的關(guān)系，根據(jù)綜合得分對該群體的單株進(jìn)行排名，篩選出綜合性狀優(yōu)良的5 個(gè)單株。

本研究中僅選擇了14 個(gè)果實(shí)性狀來研究雜交后代的遺傳特性，并篩選優(yōu)良株系，然而影響棗果實(shí)品質(zhì)的性狀還有很多。為了掌握棗雜交后代的遺傳規(guī)律，加快新品種選育進(jìn)程，下一步將增加性狀評價(jià)指標(biāo)，對研究群體進(jìn)行多年度深度評價(jià)。